CIGS薄膜太陽能電池的CIGS-CdS界面性質(zhì)的第一性原理研究.pdf

1、隨著科技的不斷發(fā)展，CIGS薄膜太陽能因?yàn)槠涓叩霓D(zhuǎn)化效率、低成本、耐輻射性和長期穩(wěn)定性特點(diǎn)而迅速發(fā)展并且成為研究熱點(diǎn)。CIGS薄膜太陽電池的一般結(jié)構(gòu)為前電極|ZnO窗口層|CdS緩沖層|CIGS吸光層|Mo背電極|玻璃，它的核心層是p型CIGS和n型CdS形成的p-n異質(zhì)結(jié)。由于相鄰層界面處成分和結(jié)構(gòu)的突變以及一些界面缺陷的存在，會(huì)在界面的帶隙中出現(xiàn)界面態(tài)(interface states)，會(huì)阻止光生載流子通過費(fèi)米能級(jí)，導(dǎo)致帶隙減小，

2、從而減小開路電壓。國內(nèi)外專家在實(shí)驗(yàn)和理論方面研究了界面異質(zhì)結(jié)的界面形態(tài)、化學(xué)組成以及能帶偏移以及它們對(duì)電池性能的影響。但是，在原子層次和電子微觀層次上關(guān)于CIGS/CdS界面異質(zhì)結(jié)局域形態(tài)的理論研究還很少。
　　本文采用基于密度泛函的第一性原理，理論上研究了CuInSe2、 CdS體相、完美CuInSe2(112)表面、完美和帶有缺陷(2VCu+InCu)的CuInGaSe2/CdS界面的晶格結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)。我們發(fā)現(xiàn)采用GGA+U

3、計(jì)算得到的體相CuInSe2的帶隙(0.4eV)大于采用GGA算法得到的帶隙值(0.04 eV)。其次，我們在CuInSe2(112)表面的費(fèi)米能級(jí)附近發(fā)現(xiàn)了表面態(tài)，這些電子態(tài)位于CIS體相帶隙中，主要由Se-4p和In-5s電子組成。此外，優(yōu)化兩種界面模型后，發(fā)現(xiàn)(2VCu+InCu)缺陷界面的原子排布更紊亂。通過計(jì)算分析投影在兩種界面模型的若干原子層的態(tài)密度發(fā)現(xiàn):在完美界面模型中，CIGS區(qū)域沒有明顯的界面態(tài)，只在CdS區(qū)域存在主要